本发明涉及电激励的同步电机的定子和转子并且涉及一种电激励的同步电机。
背景技术：
1、由jp h04 347566 a已知一种电激励的同步电机的定子，其具有包括多个相支路的多相的定子绕组并且具有用于将电能传输到同步电机的转子的励磁绕组中的感应的转电系统（übertragersystem）的初级部分，其中感应的转电系统的初级部分具有初级的转电绕组，其中初级的转电绕组通过定子绕组的多个混合支路来构成，这些混合支路分别不仅用于产生用来驱动转子的三相电流系统的旋转场而且用于产生转电系统的输送场，并且不仅三相电流系统的相电流而且转电系统的初级的转电电流都能够分别馈入到这些混合支路中。
2、在jp h04 347566 a的转电系统中产生相对高的欧姆损失，因为为了馈入励磁电流而设置了具有附图标记8的电阻网络。由此，三相电流系统的一部分三相电流以高的欧姆损耗流过电阻网络的电阻，其中不利的是，三相电流的这部分不能有助于转矩产生。转电系统的励磁电流也流过电阻网络的电阻，由此电阻网络的电阻中的所引入的功率的大部分会失去。三相电流系统和转电系统的要求是相反的，因为电阻的高导电性提高了励磁电流的馈入效率、但是使三相电流的馈入效率变差。具有附图标记7的励磁电源与三相电流系统在电方面分开，这意味着显著的耗费。在jp h04 347566 a中，励磁电流被馈入到定子绕组的星形接点中。随后，励磁电流流过混合支路并且而后经由相应的节点通过电阻网络8流回至励磁电源7。旋转场的极数（2极）小于转电场的极数（6极）。由此可能在转电系统中出现更高的漏电感。混合支路从转电电流的角度看相互并联。
3、由us20050218740 a1已知一种电激励的同步电机，该同步电机包括定子，所述定子具有带有多个相支路的多相的定子绕组以及用于将电能传输到同步电机的转子的励磁绕组中的感应的转电系统的初级部分。感应的转电系统的初级部分包括初级的转电绕组。此外，us20050218740 a1的电激励的同步电机包括转子，所述转子具有用于产生用来激励同步电机的转子场的励磁绕组和用于将电能传输到转子的励磁绕组中的感应的转电系统的次级部分，其中感应的转电系统的次级部分包括用于提供转电交流电压的至少一个次级的转电绕组以及至少一条作为整流器起作用的整流电路，以用于将转电交流电压整流成用于励磁绕组的次级的直流电压。不利的是，感应的转电系统的初级部分和次级部分作为转电单元布置在转子的空腔中。转电单元要求相对大的结构空间并且作为附加的构件产生附加的成本。转电单元包括励磁定子和励磁转子，它们作为变换器感应地共同作用。在用作为附加的构件的变换器进行能量传输时，为了降低成本和结构空间，变换器必须尽可能小，这通常导致电频率的提高、使效率变差并且提高了系统复杂性。
技术实现思路
1、相对于现有技术，电激励的同步电机的、具有权利要求1的特征性特征的、按本发明的定子具有以下优点，即：降低了转电系统中的欧姆损耗，因为低阻抗的定子绕组被用作初级的转电绕组。初级的转电绕组通过定子绕组的混合支路来构成，该混合支路不仅用于产生用来驱动转子的三相电流系统的旋转场而且用于产生转电系统的转电场。换句话说，初级的转电绕组因此是定子绕组的一部分或者被集成在定子绕组中。因为定子绕组作为初级的转电绕组起作用，所以在定子中不需要附加的绕组。相对于作为附加的构件来制成的转电单元，节省了用于感应的转电系统的初级部分的结构空间。此外，相对于非集成的、单独的转电系统，转电系统的、尤其用于初级部分和/或次级部分的制造成本得到了降低。
2、这一点根据本发明通过以下方式来实现，即：定子绕组的每个混合支路具有两个混合分支路，所述混合分支路处于两个不同的定子子绕组中并且属于同一个相，并且每个定子子绕组具有不同相的多个、尤其是三个混合分支路，所述混合分支路以星形电路与星形接点连接。
3、因为电机的磁路在实际运行中在时间上主要仅仅部分地被磁利用或者饱和并且有待传输的励磁功率与三相电流功率相比是小的，所以转电场能够与旋转场叠加。
4、尤其定子绕组的所有支路被制作为混合支路。定子绕组的混合分支路的接线不仅包括混合分支路的串联电路而且包括混合分支路的并联电路。
5、用定子的这种实施方式，除了8极的同步电机之外也能够实现6极的电机。
6、通过在从属权利要求2至10中所列举的措施，能够实现电激励的同步电机的在权利要求1中所说明的定子的有利的拓展方案和改进方案。
7、有利的是，定子中的相应的混合支路的混合分支路以第一偏移角彼此错开地布置、尤其在八个定子极的情况下以90°机械地彼此错开地布置、并且在六个定子极的情况下以180°机械地彼此错开地布置并且尤其关于下面描述的部分占用样式以极组占用样式来布置。通过这种方式，每个混合支路能够从两个同相的混合分支路的电流相同份额中产生具有旋转场的极数的旋转场分量并且从两个同相的混合分支路的电流差中产生具有转电场的极数的转电场。
8、根据有利的第一种实施例，用于三个相中的两个相的不同的定子子绕组的、属于同一个相的混合分支路能够分别通过子绕组连接部来导电地连接，其中每个子绕组连接部具有耦合接头，其用于对所连接的混合分支路进行共同的电流及电压供应并且用于联接到逆变器上，并且其中第三相的属于同一个相的两个混合分支路分别具有用于联接到逆变器上的单个接头。转电电流份额能够通过耦合接头从一个定子子绕组流入另一个定子子绕组中。
9、根据有利的第二种实施例，每个定子子绕组的混合分支路分别具有用于联接到逆变器上的单个接头。
10、根据第一种实施例，从励磁电流的角度看，不同相的混合支路在两个星形接点之间并联。在这条并联电路之内，励磁电流以较大部分流经具有较小阻抗的路径。具有较小阻抗的混合支路由此承载更多的电流，由此通过取决于转子位置的漏电感降低了负面影响。混合支路的在转电场中活动的极共同形成具有更高的匝数的更宽的极，由此降低了漏电感并且扩大了磁场。具有耦合接头的混合支路在时间上平均被励磁电流的一半流过并且由此在气隙中产生不太尖锐的磁通变化曲线，由此减少不受欢迎的振动、噪声和转矩波动性。
11、根据有利的第二种实施例，每个定子子绕组的混合分支路能够分别具有用于联接到逆变器上的单个接头。每个混合分支路的电流由逆变器例如如此馈入，使得所有电流之和在星形接点处为零，尤其不仅三相电流份额之和等于零而且转电电流份额之和等于零，尤其使得第一和第二相的转电电流份额的幅度相应于第三相的转电电流的幅度的一半。
12、特别有利的是，对于具有八个定子极的实施方式来说，相应的混合支路的混合分支路同向极化地被联接在相应的定子子绕组的星形接点上并且对于具有六个定子极的实施方式来说相应的混合支路的混合分支路反向极化地被联接在相应的定子子绕组的星形接点上。通过这种方式，每个混合支路从朝向星形接点的两个同相的混合分支路的电流相同份额中产生具有旋转磁场的极数的旋转磁场分量并且从朝向星形接点的两个同相的混合分支路的电流差中产生具有转电场的极数的转电场。
13、此外有利的是，在同一个定子子绕组中第二混合分支路相对于第一混合分支路以第二偏移角错开地布置并且第三混合分支路相对于第一混合分支路以相对于第二偏移角在绝对值上相同的、相反的第三偏移角错开地布置在定子中，尤其是在八个定子极的情况下以+/-15°机械地错开地布置并且在六个定子极的情况下以+/-80°机械地错开地布置，其中相应的定子子绕组的第一混合分支路尤其具有单个接头。通过这种方式，由混合支路从励磁电流中产生的转电场的角度偏移很小，由此这些转电场主要相加地叠加并且一起产生更强的转电场。
14、非常有利的是，对于具有八个定子极的实施方式来说在每个定子子绕组中第一混合分支路相对于第二和第三混合分支路反向极化地被联接在星形接点上。第二和第三混合分支路因此同向地被联接在星形接点上。
15、通过这种方式，在由混合支路通过三相电流份额产生的磁场之间实现120度的电相位角，由此能够产生旋转磁场。由混合支路通过转电电流份额产生的磁场之间的电相位角是小的、尤其在4极场中在电气上是30度，使得由混合支路产生的磁场主要相加地叠加并且因此一起形成更强的转电场。
16、对于具有六个定子极的实施方式来说，在每个定子子绕组中所有混合分支路同向极化地被联接在星形接点上。
17、通过这种方式，在由混合支路通过三相电流份额产生的磁场之间实现120度的电相位角，由此能够产生旋转磁场。由混合支路通过转电电流份额产生的磁场之间的电相位角是小的，尤其在4极场中在电气上是40度，使得由混合支路产生的磁场主要相加地叠加并且因此一起形成更强的转电场。
18、根据有利的实施变型方案而规定，相应的混合支路每个极根据相同的极占用样式在形成极组的情况下用相同相的导体分别占用定子槽的一个槽组，其中未连支的（ungesehnt）极组的极占用样式包括槽组的所有导体位置的完全占用并且连支的极组的极占用样式包括有空隙的占用，其中这些空隙被另一个相的导体占用，其中未连支的极组的槽组尤其包括两个或三个相邻的定子槽并且连支的极组的槽组尤其包括三个或四个相邻的定子槽。通过这种方式，能够实现适合于电机设计的匝数，以便实现功率和转矩要求。通过极组的连支（sehnung）能够实现气隙谐波的限制和更小的转矩波动性。
19、有利的是，在连支的极组的极占用样式中，两个外部的定子槽一半具有相应的混合支路的导体并且另一半具有空隙，其中一个外部的定子槽相对于同一个连支的相应的极组的另一个外部的定子槽在占用和空隙方面相反地被占用，其中在极占用样式中连支的极组的至少一个内部的定子槽仅仅具有相应的混合支路的导体。通过这种方式，磁场变化曲线在从混合支路到混合支路转变时变得更为稳定，由此减少不利的谐波。
20、根据有利的实施方式，在相应的极组的极占用样式中设置了两个混合分支路的导体或者两个混合分支路中的仅仅一个混合分支路的导体。
21、以一个极的角度隔开的多个、尤其四个极组的极占用样式形成极组占用样式，其中相应的混合支路的两个混合分支路有利地分别在极组占用样式中具有相同的部分占用样式，其中一个混合分支路的部分占用样式相对于另一个混合分支路的相同的部分占用样式在定子中以第一偏移角错开地布置。通过这种方式能够通过混合支路同时产生旋转场和转电场。
22、相对于现有技术，具有权利要求11的特征性特征的、按本发明的转子具有以下优点，即：转子的次级的转电绕组被集成或被构造在励磁绕组的一部分中。具有混合线圈总成的相应的励磁支路的分支路不仅用于同步电机的电激励而且用于转电系统的次级传输。混合线圈总成因此不仅被励磁直流电流而且被转电交流电流流过，由此导体横截面在时间上平均地被更好地利用，由此在相同的总转子激励的情况下在转子上出现更小的损耗功率，这引起转子的更小的发热并且因此引起更高的系统效率和更高的持续功率。此外，节省了转子上的用于次级的转电绕组的结构空间，该结构空间例如能够用于扩大其余绕组的线匝数或导体横截面。
23、通过转子的实施方式，除了8极同步电机之外也能够实现6极电机。
24、这根据本发明通过以下方式来实现，即：
25、-励磁绕组具有至少一个、特别是唯一的励磁支路，
26、-相应的励磁支路具有两个串联的励磁线圈组，所述励磁线圈组分别包括多个励磁线圈，其中所述两个励磁线圈组分别具有一定数量的、尤其偶数的或奇数数量的励磁线圈，所述数量相应于转子齿的一半数量、尤其是数值三或四，
27、-次级的转电绕组通过被设置在相应的励磁支路中的混合分支路来构成，该混合分支路被中间连接在相应的励磁支路的两个励磁线圈组之间并且包括次级的混合线圈总成，
28、-混合线圈总成具有：多个并联的转电线圈对，所述转电线圈对分别由两个串联的转电线圈来构成并且分别被设置用于通过与转电系统的初级部分的感应的共同作用来产生转电交流电压；以及用于与两个励磁线圈组之一连接的直流输入端和用于与另一个励磁线圈组连接的直流输出端。
29、通过在从属权利要求12至19中所列举的措施，能够实现电激励的同步电机的在权利要求11中所说明的转子的有利的拓展方案和改进方案。
30、也有利的是，在每个转子齿上分别设置有励磁线圈之一和转电线圈之一，其中相应的转电线圈的匝数尤其小于相应的励磁线圈的匝数，尤其从而能够产生必需的转电交流电压。通过这种方式实现的是，绕组总成的欧姆电阻和在转子上存在的转电电压能够尤其在考虑到整流电路的整流半导体元件的情况下相互协调和优化，其中致力于电流和电压之间的最佳状态。
31、转子线圈如此布置在转子上，使得尽可能多的转子线圈能够以相同的线并且在没有断线的情况下依次卷绕，由此能够减少在制造中的节拍时间。
32、此外有利的是，在偶数的励磁线圈组的情况下，励磁线圈成对地被电串联成励磁线圈对，其中偶数的励磁线圈组的励磁线圈对电串联和/或电并联。在奇数的励磁线圈组的情况下，励磁线圈有利地被电串联。
33、此外有利的是，转子具有偶数的转子齿、尤其是六个或八个转子齿，其中转子齿从转子齿之一出发能够沿着周向方向递增地用计数号来编号，其中两个励磁线圈组之一的励磁线圈仅仅布置在具有偶数的计数号的转子齿上，并且尤其在奇数的励磁线圈组的情况下另一个励磁线圈组的励磁线圈仅仅布置在具有奇数的计数号的转子齿上。在偶数的励磁线圈组的情况下，相应的励磁线圈对的励磁线圈布置在不同的转子齿上，在所述转子齿之间存在特定的部分数量的转子槽，所述特定的部分数量小于转子的转子槽的数量并且相应于奇数自然数的两倍的数值。通过这种方式，励磁线圈组的接头之间的电压不受转电场的影响，由此能够均匀地馈入励磁电流。励磁线圈组的接头之间的电压由串联地处于励磁线圈组中的励磁线圈的电压之和来产生。
34、有利的是，每个混合线圈总成的转电线圈对的数量相应于转子的转子齿的数量的一半、尤其是数值三或四，其中相应的转电线圈对的转电线圈布置在两个不同的转子齿上，在这两个转子齿之间存在特定的部分数量的转子槽，所述特定的部分数量在每个混合线圈总成的偶数的转电线圈对的情况下小于转子槽的数量并且相应于奇数自然数的两倍的数值并且在每个混合线圈总成的奇数的转电线圈对的情况下相应于转子的转子槽的一半数量。通过这种方式，转电线圈对的接头之间的电压不受转电场的影响，由此能够实现转电线圈对的并联以及励磁电流的朝转电线圈对中的均匀的馈入。此外，通过这种方式能够在转电线圈对的中间节点上分接通过转电场感应的电压，以用于馈入到整流器中。
35、相应的转电线圈对的转电线圈在每个混合线圈总成的偶数的转电线圈对的情况下能够彼此同向地串联，从而在从直流输入端朝直流输出端指向地给转电线圈对通电时所属的转子齿沿着相同的径向方向被磁化。相应的转电线圈对的转电线圈在每个混合线圈总成的奇数的转电线圈对的情况下能够彼此反向地串联，从而在从直流输入端朝直流输出端指向地给转电线圈对通电时所属的转子齿沿着相反的径向方向被磁化。通过这种方式，通过励磁线圈能够产生具有从齿到齿交替的磁化方向的转子侧的激励场，以用于在与同步的定子旋转场的相互作用中产生转矩。
36、在每个混合线圈总成的偶数的转电线圈对的情况下，混合线圈总成的转电线圈能够如此被联接在直流输入端或者直流输出端上，从而在给转电线圈对通电时具有奇数的计数号的转子齿相对于具有偶数的计数号的转子齿沿着相反的径向方向被磁化并且在此相应的转电线圈和布置在同一个转子齿上的励磁线圈的磁化方向一致。在每个混合线圈总成的奇数的转电线圈对的情况下，布置在具有偶数的计数号的转子齿上的转电线圈能够全部被联接到直流输入端上或全部被联接到直流输出端上。通过这种方式，通过转电线圈能够产生转子侧的激励场，以用于在与同步的定子旋转场的相互作用中产生转矩。此外，转电线圈通过这种方式作为变换器总成的次级绕组起作用，以用于从定子处接收电能，从而为转子供应能量。
37、此外有利的是，在每个混合线圈总成的偶数的转电线圈对的情况下，每个被联接在直流输入端上的转电线圈与被联接在直流输入端上的转电线圈中的另一个转电线圈一起形成接头对，所述接头对的转电线圈布置在两个不同的转子齿上，在这两个不同的转子齿之间存在特定的部分数量的转子槽，所述特定的部分数量小于转子槽的数量并且相应于奇数自然数的双倍的数值。通过这种方式，通过接头对在直流输入端和直流输出端馈入的电流之和为零，因为中间节点处的电压和电流根据绝对值是一样大、但是具有不同的符号。因此，尽管转电线圈与励磁线圈串联地布置，但是励磁线圈中的电流不受转电电流的影响。
38、此外有利的是，混合线圈总成具有多个分别用于与整流器电路之一的交流电压输入端连接的交流电压输出端，其中交流电压输出端的数量尤其相应于每个混合线圈总成的转电线圈对的数量，其中相应的交流电压输出端通过相应的转电线圈对的转电线圈之间的中间节点来构成，其中交流电压输出端分别与整流器电路之一的交流电压输入端电连接。通过这种方式，在转电线圈对的中间节点上通过转电场提供的交流电压和交流电流能够通过整流器来整流并且励磁线圈由此得到供给，以用于激励转子。
39、有利的是，在转子上除了布置在转子上的励磁线圈和转电线圈之外能够设置有短接的波形绕组，该波形绕组以短接的导体支路波形地穿过尤其所有转子槽来伸展。通过这种方式，能够抑制或减小励磁线圈和转电线圈中的电压峰值，以用于保护整流器电路。
40、相对于现有技术，按本发明的电激励的同步电机具有以下优点。即：用于感应的转电系统的成本和结构空间得到减小并且同步电机的制造成本得到降低。此外，在脉宽调制运行时出现的不期望的电压谐波和电流纹波的大部分能够用于定子侧的激励，从而能够在没有激励功能的情况下以三相逆变器的相同的逆变器-芯片面积来激励电机。由此，用于集成激励器功能的逆变器-芯片面积的扩大能够更小或者完全避免。
41、如果三相电流系统的极数是四的倍数，则转电系统的极数相应于三相电流系统的极数的一半。如果三相电流系统具有极数六，则转电系统的极数具有数值四。
42、本发明还附加地涉及一种用于对按本发明的同步电机进行控制的控制装置。控制装置包括逆变器和用于控制逆变器的控制设备。逆变器具有逆变器输出端，用于提供相电压，从而给定子的定子绕组供应能量，其中为定子绕组的每个耦合接头或单个接头设置了逆变器输出端之一。
43、本发明也涉及一种用于用控制装置来运行按本发明的同步电机的方法，其中控制设备为了同步电机的运行而如此操控逆变器，使得总电流分别被馈入到定子子绕组的单个接头中，所述总电流由三相电流系统的、尤其具有一半幅度的相电流的一部分和转电系统的励磁电流的一部分来构成，其中励磁电流是交流电流或直流电流。
44、在定子绕组的具有耦合接头的实施方式中，三相电流系统的具有全幅度的相电流分别被馈入到耦合接头中，其中在两个属于同一个相的单个接头上励磁电流的份额具有不同的符号。通过这种方式，能够用四个逆变器输出端来运行电机，其中两个用于单个接头的逆变器输出端能够具有相较于两个用于耦合接头的逆变器输出端而减小的电流承载能力、尤其是一半的电流承载能力，由此在逆变器的整个芯片面积不变的情况下能够激励电机。由此，能够降低制造成本和开发成本。